一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法
2023-06-11 23:50:51 4
一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法
【專利摘要】本發明屬於慣性導航系統和衛星導航系【技術領域】，具體涉及一種在SINS/衛星導航系統重力測量中基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法。本發明包括：得到在載體坐標系下的比力；得到地理系相對地球系的速度矢量；得到地理坐標繫到慣性系角速度；得載體在導航解算後的載體相對於地理坐標系的角速度；得到兩系統在載體系中的杆臂距離；得到在地理系下的表達式以及與角速度的關係；得到斜對稱矩陣的微分值；解算出杆臂誤差值。本發明避免了傳統的杆臂誤差直接處理引入噪聲和精度不理想問題，本發明中構造的非線性微分跟蹤器時，只需適當調整參數，構造合理的非線性函數就可以得到高品質的跟蹤微分器，得到較高精度的輸出結果。
【專利說明】一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法【技術領域】
[0001]本發明屬於慣性導航系統和衛星導航系【技術領域】，具體涉及一種在SINS/衛星導航系統重力測量中基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法。
【背景技術】
[0002]SINS/衛星導航系統在重力測量中，在艦船和飛機上都可以搭載SINS和衛星導航系統接收機；由於重力測量的幅度廣闊，受地形限制小，測量速度快周期短，系統搭載快捷等優點，受到越來越廣泛的探究。
[0003]目前，在實際應用中，安裝在載體上的SISN中心和衛星導航系統(GPS或北鬥)接收機中心有一定的距離，產生了杆臂效應誤差。這種杆臂誤差會造成系統的位置、速度和加速度誤差，且這些誤差對測量精度產生較大的影響，使測量的數據效果不明顯。因此，通常要對存在的杆臂效應誤差進行解算和修正。通常對杆臂距離引起的加速度誤差在解算和修正中需要計算角速度的微分值角加速度。跟蹤微分器具有提取跟蹤信號，並且微分信號的功能，由跟蹤微分器得到的微分信號是輸入信號廣義倒數的一種光滑逼近。相應的仿真表明，適當構造非線性函數能得到品質較高的跟蹤微分器，此外在跟蹤微分器中加入二階低通濾波器能有效處理噪聲，得到比較精確的輸出結果。因此，可以選用非線性跟蹤微分器對角速度信號進行跟蹤和微分，得到角加速度輸出，以便進行杆臂效應解算和修正。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種可為SINS/衛星導航系統在重力測量中，由SINS和衛導接收機中心不重合產生的杆臂誤差提供較精確的解算修正提高精度的基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法。
[0005]本發明包括以下幾個步驟:
[0006](I)利用SINS的加速度計採集載體比力信息，得到在載體坐標系下的比力fb ；
[0007] (2)根據慣導系統解算方程，已知載體坐標繫到地理坐標系的餘弦矩陣G，可以
得到地理系相對地球系的速度矢量<；
[0008](3)利用初始經緯度信息,確定地理繫到地球系的角速度將地球的自轉角速度投影到地理坐標下為W;e,求和得到地理坐標繫到慣性系角速度< ;
[0009](4)利用SINS陀螺儀採集載體的角速度信肩W1以及角速度< 在餘弦矩陣Ctb作用下可得到W；；，求差可得載體在導航解算後的載體相對於地理坐標系的角速度；
[0010](5)利用SINS採集的比力信息和餘弦矩陣確定SINS在載體坐標系中的位置信息；利用衛星導航系統接收機採集到的衛星導航系統的信號確定接收機在載體系中的位置信息，位置信息與位置&^5信息作差得到兩系統在載體系中的杆臂距離rb;
[0011](6)對載體系中的杆臂距離rb進行解算和微分得到在地理坐標系下的距離誤差Al，速度誤差Λν和加速度誤差Aa，得到在地理系下的表達式以及與角速度的關係；
[0012](7)根據載體相對於地理坐標系的角速度< 的斜對稱矩陣[W:X]信息，利用跟蹤微分器以角速度為非線性跟蹤器的輸入，則輸出為角加速度信息，得到斜對稱矩陣的微分值[h4x];
[0013](8)根據載體相對於地理坐標系的距離誤差，速度誤差和加速度杆誤差的模型表達式，利用跟蹤微分器得到的[4, X]信息，解算出杆臂誤差值。
[0014]比力fb
【權利要求】
1.一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於: (1)利用SINS的加速度計採集載體比力信息，得到在載體坐標系下的比力fb； (2)根據慣導系統解算方程，已知載體坐標繫到地理坐標系的餘弦矩陣，可以得到地理系相對地球系的速度矢J V (3)利用初始經緯度信息，確定地理繫到地球系的角速度u;將地球的自轉角速度投影到地理坐標下為Hf卞和得到地理坐標繫到慣性系角速度汝 (4)利用SINS陀螺儀採集載體的角速度信肩Wli以及角速度W在餘弦矩陣Cz作用下可得到V求差可得載體在導航解算後的載體相對於地理坐標系的角速度, (5)利用SINS採集的比力信息和餘弦矩陣確定SINS在載體坐標系中的位置信息；利用衛星導航系 統接收機採集到的衛星導航系統的信號確定接收機在載體系中的位置 信息，位置信息與位置信息作差得到兩系統在載體系中的杆臂距離rb ； (6)對載體系中的杆臂距離rb進行解算和微分得到在地理坐標系下的距離誤差Al』速度誤差Λ ν和加速度誤差Aa，得到在地理系下的表達式以及與角速度的關係； (7)根據載體相對於地理坐標系的角速度的斜對稱矩陣[<X]信息，利用跟蹤微分器以角速度為非線性跟蹤器的輸入，則輸出為角加速度信息，得到斜對稱矩陣的微分值卜:X]; (8)根據載體相對於地理坐標系的距離誤差，速度誤差和加速度杆誤差的模型表達式，利用跟蹤微分器得到的X]信息，解算出杆臂誤差值。
2.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:所述的比力fb
3.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:所述步驟( 2)中，載體系到地理系的轉換矩陣C1定義為坐標系先繞z軸轉動偏航角Ψ，再繞X軸轉動俯仰角Θ，最後繞y軸轉動滾動角Y得到，具體表達式為:
4.根據權利要求1所 述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:在步驟(3)中，將地理坐標系下的速度轉換為曲度陣V
5.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:在步驟(4)中，通過載體在地理系相對於慣性系的角速度1<轉換矩陣Ci的作用，可得到地理系相對慣性系的角速度在載體系中的投影^，其中=Wff.又根據步驟(3)的SINS陀螺儀採集到得角速度Wf6，得到載體相對於地理系在載體系的角速度投Wiz，其中二 — Wbit。
6.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:在步驟(5)中，通過確定SINS和衛星導航系統\接收機分別在載體系中的位置坐標矢量為 4ins 和 rL.，差為 rb，r6 = r^lNS -r^D，記 rb = [rx ry rjT, rx, ry, rz 分別表示衛星導航系統接收機和SINS位置差在載體坐標系三個坐標軸方向上的投影。
7.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:在步驟(6)中，根據兩系統的位置差rb，對rb進行導航解算且微分可得在地理系下中的到距離誤差Λ 1、速度誤差Λ ν和加速度誤差Aa，
Al = rf = Cbrb
8.根據權利要求1所述的一種基於非線性跟蹤微分器的杆臂誤差解算方法，其特徵在於:在步驟(7)中，利用跟蹤微分器跟蹤提取並微分信號的功能，讓非線性跟蹤微分器作用於[1^ X]信息，然後進行導航解算。
【文檔編號】G01S19/47GK103969671SQ201410195891
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】周廣濤, 郝勤順, 趙博, 孫豔濤, 姜鑫, 夏秀瑋, 李佳璇, 梁宏, 張麗麗, 孫成嬌 申請人:哈爾濱工程大學